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5-4.원적외선가열과 근적외선가열의 분별해서 사용함

원적외선가열과 근적외선가열의 분별해서 사용함

여기에서는 온도방사를 이용한 적외선 히터에 대해서 해설합니다. 온도방사와는 물질을 고온이게 했을 때에, 거기에서 방사되는 전자파 (넓은 의미에서의 빛)입니다. 온도방사이외의 빛가열 방법으로서는 레이저 가열 등이 있습니다.

근적외선 히터는 일반적으로 전구(할로겐 램프)이며, 2000 – 3150℃정도의 발열체로부터 방사되는 빛을 이용합니다. 피크 파장은 약1μm (0.001mm )이며, 0.5 – 3μm 의 범위에 분포됩니다. 이것은 가시빛을 상당히 포함하므로, 일반적으로 눈부시다. 이것에 대해서는 유리에 착색하는등의 방법으로 가시빛을 감해 る대책방법도 있습니다. 또 발열체온도를 2000℃정도 또는 그것이하에 설정하면, 그다지 눈부시지 않습니다.

원적외선 히터와는 세라믹, 석영, 금속산화면등의 비교적 저온(500℃ – 1000℃)의 발열체로부터 방사되는 빛을 이용합니다. 피크 파장은 3 – 5μm이며, 1 – 15μm정도의 범위에 분포됩니다. 희미하게 빨강 뜨거워지는 정도이며 가시빛은 대부분 포함하지 않으므로, 눈부시지 않습니다.

적외선가열을 채용될 경우에는 이하의 같은 적외선의 성질을 고려하고, 원적외선 히터를 사용할지 근적외선 히터를 사용할지의 선택을 하지 않으면 안됩니다.

원적외선은 대부분의 물체를 투과하지 않기 위해서 , 지극히 표면(0.1 – 0.2mm)의 가열이 됩니다. (이 특성을 이용하여 유리 가열에 많이 사용되고 있습니다.)
그 때문에 접착제의 가열에 원적외선 히터를 사용한 예에서는, 가령 그것이 투명하게 가까운 접착제라도 표면이 질투하고, 내부까지는 상당히 열이 전해지지 않습니다. 근적외선 히터의 경우에는 침투(투과)해서 내부에서도 가열되기 때문, 내부에서 거품이 나옵니다. 그 때문에, 접착제 가열용에는 이 근적외선 히터가 아니면 안된다로 여겨지고 있습니다.

원적외선가열과 근적외선가열의 분별해서 사용함

흡수율 확인은 여기입니다

인쇄한 종이를 가열하면, 원적외선 히터의 경우에는 전체적으로 가열됩니다. 근적외선 히터의 경우에는 인쇄 문자나 사진의 부분이 강하게 가열되어서 백지의 부분은 별로 가열되지 않습니다. 즉 근적외선은 피가열물의 표면상태(색 등)에 의해 흡수되기 쉬움의 차이가 큰, 즉 가열 정도에 마을이 나오기 쉬운 경향이 있습니다.

예를 들면 근적외선 히터로 고기를 구우면, 타기 시작한 곳이 검어지므로 근적외선을 보다 좋게 흡수하게 되고, 게다가 그 부분이 집중적으로 가열된다고 하는 순환이 일어나고, 국부적으로 강하게 탑니다. 즉 같은 소재라도 타서 검게 눌은 자리가 마을이 되기 쉽다. 원적외선 히터의 쪽이 균등하게 타서 검게 눌은 자리가 붙습니다.

이것은 결점(demerit)입니다만, 목적에 따라서는 메리트도 됩니다. 예를 들면 부분적으로 가열하고 싶을 경우에는 가열하고 싶은 부분만을 검게 도장해 두면 좋은,등입니다.

근적외선 히터는 통상, 전류가 통함 시작후 1초간정도로 사용할 수 있습니다만, 원적외선 히터는 30초∼몇분간 켜집니다.

공급 전력의 방사에너지에의 변환효율은, 근적외선 히터에서는 90%정도가 되어 양호합니다. 원적외선 히터의 경우는 60∼70%정도 형사든지 나빠집니다. 적외선이 안된 로스 에너지는 주로 공기를 따뜻하게 합니다.

근적외선 히터(램프)로부터 나오는 가시광선은 가열에 기여하지 않는,이라고 착각되고 있는 사람이 있습니다만, 가시빛도 흡수된 빛에너지는 모두 열로 변합니다.

근적외선은 목재, 종이, 천, 인체 등의 비교적 담색의 물체에 대하여는 일반적으로 흡수율이 원적외선보다도 나빠집니다만, 히터 자신의 변환효율을 고려하면 차이는 적어지고, 더욱 히터 자신의 시작에 요하는 에너지와 시간의 로스도 고려하면 반드시 원적외선 히터쪽이 효율이 좋다고는 한하지 않고, 오히려 근적외선(할로겐 히터)쪽이 에너지 산업이 좋을 경우가 많습니다.

더욱 고반사 재료로 폐쇄 공간을 만들어 그중에서 가열할 경우, 높은 종합 열효율을 기대할 수 있습니다. 이것은 최초의 조사에서 흡수되지 않고 반사된 빛도 벽면에서 재반사되어,또 피가열 물체에 즈음하여 재흡수된다라고 하는 것을 되풀이하기 위해서, 높은 흡수율과 되는 것입니다. 이 경우의 종합 열효율η은 벽면의 면적을 S1, 흡수율을 D1이라고 해서 피가열 물체의 표면적을 S2, 흡수율을 D2로 하면

효율η≒S2×D2/ (D1×S1+D2×S2)× (히터의 변환효율)

폐쇄 공간과까지는 가지 않아도, 큰 반사판으로 피가열 물체를 덮는 같은 경우에는, 상기에 가까운 상황이 되고, 높은 종합 열효율이 됩니다.

히터의 발열체로부터 방사되는 에너지 밀도는 근적외선 히터가 높고 원적외선 히터는 낮다. 그 차이는 20∼40배도 됩니다. 빛을 모음 미러로 적외선을 한점에 모아도 발열체의 표면에너지 밀도이상에는 원리적으로 결코 안되므로, 원적외선 히터에서는 별로 높은 에너지 밀도는 주어지지 않습니다. (원적외선 히터는 수w/cm^2정도. 근빨강외의 램프 히터는 100w/cm^2이상)

원적외선가열과 근적외선가열의 분별해서 사용함

따라서 원적외선에서는 급속가열이나 고온가열, 스팟 가열은 어렵고, 이러한 용도에서는 근적외선 히터가 적합합니다. 공업용에서는 가공 속도나 에너지 비용이 중시되기 때문에, 대부분의 경우, 급속가열이 요구되고, 공업용가열에 관해서는 근빨강외 히터(할로겐 히터)이 유리합니다.

빠른 속도로 가열해서 상관없을 경우에는, 될 수 있는한 높은 에너지 밀도를 주어서 단시간으로 급격하게 온도 상승시킨 분이 전력 소비 효율이 대단히 나아집니다. 낮은 에너지 밀도에서 장시간을 들여서 온도 상승시킬 경우, 목표온도에 달할 때까지의 피가열 물체로의 방열이 로스가 되기 위해서입니다. 급속가열과 저속가열에서는 필요 전력량이 몇배가 될 것도 있습니다.

근적외선가열(할로겐 히터)은 원적외선 히터에 몇십배의 에너지 밀도를 주는 것이 가능하므로, 이러한 경우에는 높은 에너지 산업을 기대할 수 있습니다. 목표온도에 달하면 필요에 따라 전원을 끄거나, 파워를 내려서 목표온도를 유지하게 컨트롤하거나 합니다.

단 큰 에너지 밀도를 주어서 급격하게 가열하는 것은, 피가열물의 종류에 따라서는 알맞지 않을 경우도 있습니다. 예를 들면 아쓰시(厚) 고기 식품 재료 등을 가열할 경우에는 표면만이 질투해서 내부의 온도가 충분히는 안 오르고 있는,이라고 할 것도 있습니다. 이러한 경우에는 낮은 에너지 밀도에서 장시간 결여될 필요가 있습니다.

원적외선가열의 경우에는 원래 에너지 밀도가 낮으므로, 필연적으로 가열에 장시간 걸리므로 내부까지 열이 전해지기 쉽습니다만, 근적외선 히터에서는 경우에 따라서는 에너지 밀도를 내리게 컨트롤 할 필요가 있습니다.

지극히 표면에서밖에 흡수되지 않는 원적외선에 「물체 내부에 침투해서 내부에서 가열된다」등이라고 하는 오해가 생긴 것은, 에너지 밀도가 낮아서 가열에 시간이 걸린 것이 원인이라고 생각됩니다.

지극히 표면에서밖에 흡수되지 않는 원적외선에 「물체 내부에 침투해서 내부에서 가열된다」등이라고 하는 오해가 생긴 것은, 에너지 밀도가 낮아서 가열에 시간이 걸린 것이 원인이라고 생각됩니다.

본사의 실적적으로는 많은 경우, 근적외선 히터쪽이 좋은 결과가 나므로, 실험이나 경험에 의해 판단되어서 遠빨강 히터를 근빨강 히터에 교환되는 사례는 많이 존재합니다. 간단한 실험으로 아는 것이기 때문에, 먼저 해 보아 주세요.

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